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粘弹性 发布于:

viscoelasticity 流体的粘滞性及弹性的综合性质。

粘弹性

聚合物在加工过程中通常是从固体变为液体(熔融和流动),再从液体变固体(冷却和硬化),所以加工过程中聚合物于不同条件下会分别表现出固体和液体的性质,即表现出弹性和粘性。但是由于聚合物大分子的长链结构和大分子运动的逐步性质,聚合物的形变和流动不可能是纯弹性和纯粘性的,塑料对应力的响应兼有弹性固体和粘性流体的双重特性称粘弹性。

注:粘弹性使塑料同时具有类似固体的特性,如弹性,强度,因次稳定性,和类似液体的特性如随时间,温度,负荷大小和速率而变化的流动特性。

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黏弹性- 材料不仅具有弹性,而且具有摩擦。当应力被移除后,一部分功被用于摩擦效应而被转化成热能,这一过程可用应力应变曲线表示。

按照经典的粘弹性理论,加工过程线性聚合物的总形变γ可以看成普通形变

在通常的加工条件下,聚合物形变主要由于高弹形变和粘性形变(或塑性形变)所组成。从形变性质来看包括可逆形变和不可逆形变两种成分,只是由于加工条件不同而存在着两种部分的相对差异。随着温度的升高,式中μ都将下降,当加工温度高于Tm以致聚合物处于粘流态时,聚合物的形变发展则以粘性形变为主。此时,聚合物粘度低流动性大,易于成型;同时由于粘性形变的不可逆性,提高了制品的长期使用过程中的因次稳定性(形状和几何尺寸的稳定性的总称),所以很多加工技术都是在聚合物的粘流状态下实现的,例如注射、挤出、薄模吹塑和熔融纺丝等等。但是粘流态聚合物的形变并不是纯粘性的,也表现出一定程度的弹性,例如流动中大分子因伸展而储藏了弹性能,当引起流动的外力消除后,伸展的大分子恢复蜷曲的过程就产生了高弹形变,它会使熔体流出管口时出现液流膨胀。这种弹性能如果储存于制品中,还会引起制品的形状或尺寸的改变,降低制品的因次稳定性,有时还使制品出现内应力。因此即使在粘流态条件下加工聚合物,也应注意这种弹性效应的影响。

加工温度降低到Tt以下时,聚合物转变为高弹态,随着温度的降低,聚合物形变组成中的弹性成分增大,粘性成分减小,由于有效形变值减小,通常较少地在这一范围成型制品。

聚合物在加工过程中的形变都是在外力和温度的共同作用下,大分子形变和进行重排的结果、由于聚合物大分子的长链结构和大分子运动的逐步性质,聚合物分子在外力作用时与应力相适应的任何形变都不可能在瞬间完成,通常将聚合物于一定温度下,从外力作用开始,大分子的形变经过一系列的中间状态过度到外力相适应的平衡态的过程看成是一个松弛过程,过程所需的时间称为松弛时间。所以式又可以表示为:

由于松弛过程的存在,材料的形变必然落后于应力的变化,聚合物对于外力相应的这种滞后现象称为”滞后效应“或”弹性滞后“。

滞后效应在聚合物加工成型过程中是普遍存在的,例如塑料注塑成型制品的想变性和收缩。当注射制件脱模时大分子的形变并非已经停止,在贮存和使用过程中,制件中大分子的进一步形变能使制件变形。制品收缩的原因主要是熔体成型时骤冷使高分子堆积得轻松散(即存在”自由体积“)之故。在贮存或使用过程中,大分子的重排运动的发展,使堆积逐渐紧密,以致密度增加体积收缩。能结晶的聚合物则因逐渐形成结晶结构而使成型制品体积收缩。制品体积收缩的程度是随着冷却速度增加而变得严重的,所以加工过程急冷(骤冷)对制件的质量通常是不利的。无论是变形或者是体积收缩,都将降低制品的因此稳定性;严重的变形或收缩不均还会在制品中形成内应力,甚至引起制品开裂;同时并降低制品的综合性能。

出版社: 天津大学出版社; 第1版 (2002年1月1日) 外文书名: Theory of Thermo-Viscoelasticity 丛书名: 天津大学“211工程”丛书 平装: 116页 正文语种: 中文 开本: 16 ISBN: 7561816863 条形码: 9787561816868 产品尺寸及重量: 22.4 x 18 x 0.6 cm ; 181 g ASIN: B00114F2UW

本书较全面地介绍了热粘弹性理论,它包括三部分内容:第一部分是恒温下的粘弹性理论;第二部分是变温下的粘弹性理论;第三部分是在不可逆热力学框架下,采肜内变量理论,推导粘弹性本构方程。

本书的读者为从事粘弹性、变温粘弹性研究和应用的科研工作者、大专院校教师和工程技术人员,该书也可作为研究生的教材。

第一部分 恒温粘弹性理论

第1章 微分型粘弹性本构关系

1.1 蠕变与松弛

1.2 弹簧和粘壶

1.3 两个最简单的粘弹性模型

1.4 三元件固体模型

1.5 Burgers模型

1.6 更多的弹簧和粘壶组成的粘弹性模型

1.7 微分型粘弹性本构方程的一般形式

1.8 拉氏象空间的粘弹性本构方程

1.9 三维微分型粘弹性本构方程

第2章 各分型粘弹性本构方程

2.1 蠕变型本构方程

2.2 松弛型本构方程

2.3 三维积分型本构方程

第3章 粘弹性材料的动态性能

3.1 动态应力响应与复模量

3.2 动态应变响应与复柔量

3.3 动态函数与静态函数之间的关系

3.4 动态函数与频率的关系

3.5 粘弹性材料的能量耗散

3.6 粘弹性杆-质量块系统的振动

第4章 粘弹性准静力学

4.1 基本方程与“对应原理”

4.2 粘弹性杆的单向拉伸

4.3 受内外压的粘弹性厚壁筒

4.4 粘弹性半空间问题

第5章 粘弹性动力学

5.1 基本方程

5.2 圆柱管的扭振

5.3 粘弹性的自由振动

5.4 半无限长杆中的纵波

第二部分 变温粘弹性理论

变温粘弹性理论序

第6章 热流变简单材料理论

6.1 热流变简单材料

6.2 热流变简单材料理论

第7章 变温粘弹性的一般理论

7.1 变温松弛曲线

7.2 由一组恒温松弛曲线确定变温松弛曲线

7.3 终态温度等效松弛曲线

7.4 三维变温粘弹性松弛型构方程

7.5 变温粘弹性蠕变型本构方程

7.6 变温粘弹性蠕变型本构方程

7.7 一种非线性变温粘弹性本构方程

第8章 热粘弹有限元方法

8.1 本构方程的矩阵形式

8.2 记忆积分的简化

8.3 热粘弹有限元列式

第三部分 不可逆过程热力学与粘弹性理论

不可逆过程热力学序

第9章 经典热力学

9.1 热力学基本概念

9.2 热力学第零定律

9.3 热力学第一定律

9.4 不可逆过程和“熵”的概念

9.5 热力学第二定律

9.6 热力学第三定律

9.7 平衡态的条件

第10章 不可逆的过程热力力学

10.1 非平衡热力学

10.2 局域平衡假设

10.3 熵的守恒方程

……

第11章 率相关能量耗散型本构模型

附录

参考文献

[1]高等学校教材 《高分子材料成型加工原理》化学工业出版社10-12页


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